KR101281192B1 - 탄소섬유 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은

Description

탄소섬유 가공장치{APPARATUS FOR MAUNFACTURING CARBON FIBER}

본 발명은 탄소섬유 가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소섬유 원사들을 산화시켜 내염화 처리할 때, 다수의 섬유가닥들의 결합으로 이루어진 탄소섬유 원사의 내부로 가열된 공기가 고르게 침투하여 원사의 내부에 위치된 섬유 가닥들을 균일하게 열처리하여, 빠른시간에 고품질의 내염화 작업을 경제적으로 수행할 수 있도록 된 탄소섬유 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로 탄소섬유는 적어도 90% 이상의 탄소로 이루어진 섬유를 칭하는 것으로서, 항공, 레저, 자동차, 조선, 특수산업에 고 강도/ 고 탄성의 경량화 소재로 활용되고 있다.

이와 같이 적어도 90% 이상의 탄소로 이루어진 탄소섬유는, 제조방법 및 원료에 따라 폴리아크릴로니트릴계(PAN:polyacrylonitrile), 핏치계(Pitch), 레이온계(Rayon) 탄소섬유로 구별되어 진다.

상기와 같은 탄소섬유의 대표적인 특성은 가볍고 강하며 높은 탄성율을 가지는 것으로, 강철에 비해 1/5로 가볍고, 10배 정도 강도가 크다 하겠다.

탄소섬유의 제조방법은 전구체로서 레이온, 핏치 또는 폴리아크릴로니트릴을 중합 방사하여 전구체 섬유를 제조하고, 이 전구체 섬유를 열처리하여 얻는 것이 일반적이다.

여기서 전구체 섬유의 열처리 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 도시된 바와 같이 전구체 섬유(이하 '탄소섬유 원사' 라 칭함)를 산화 분위기에서 200~400℃로 내염화 처리를 하는데, 이렇게 제조된 섬유를 내염화 섬유라고 한다. 이렇게 얻어진 내염화 섬유를 불활성가스 분위기에서 800~2000℃로 탄화처리하여 탄소섬유를 제조한다.

이와 같은 내염화 처리는 열가소성 섬유를 열경화성 섬유로 변환시켜 후속하는 고온 탄소화(흑연화) 공정에서 섬유의 융착 및 열용융을 방지하기 위해 섬유를 표면으로부터 산화 처리하는 과정으로, 내염화 처리를 행하지 않고 직접 탄소화 혹은 활성화를 하면 개환(改換) 및 탈수소 등의 발열반응이 급격하게 진행되어 탄화되기보다는 연소가 된다.

상기에서 내염화 처리는 주로 산소분위기의 산화안정화로에서 이루어지고, 탄화처리는 탄화로를 통해 이루어지며, 상기 탄화로는 800~900℃의 비교적 저온으로 가열처리하여 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)로 양분되어 탄화처리된다.

상기에 설명한 바와 같이, 탄소 섬유 제조에 있어 열처리 단계는 탄소 섬유제조에 있어서 중요한 단계이다. 즉, 열처리 단계에서의 미세한 온도 차이나 온도변화는 탄소 섬유의 품질에 영향을 미칠 수 있다.

따라서 높은 품질의 탄소섬유를 제조하기 위해서는 열처리 단계에서 안정적으로 탄소섬유 원사를 처리하기 위한 기술이 요구된다. 또한 여러 단계로 열처리를 수행하기 위해 다수 개의 열처리 장치가 구비되어야 하므로 설비에 많은 비용이 소요된다.

상기에서 탄소섬유 원사를 내염화 처리하는 산화안정화로(1)의 종래 공지된 구조들 중 하나로, 도 2에서 도시된 바와 같이 다수의 탄소섬유 원사(P)가 유입되는 입구(2)와 배출되는 출구(3)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구(4) 및 배출되는 배출구(5)가 구비된다.

따라서, 입구(2)를 통해 유입된 탄소섬유 원사(P)는 공간부를 거치면서 산화되어 내염화 처리되면서 출구(3)로 배출된다.

이때 상기 투입구(4)를 통해 가열된 공기가 분사되어 공간부를 주행하는 탄소섬유 원사(P)를 내염화 처리한다.

상기에서 산화안정화로(1)는 다수 개가 수평상 혹은 수직상으로 배열되며, 각각의 산화안정화로(1)를 통해 탄소섬유 원사(P)가 200~400℃로 순차적인 가열되어 내염화 처리된다.

즉 최선단의 산화안정화로(1)에서는 200~250℃로 가열처리하고, 차선의 산화안정화로(1)에서는 250~300℃로 가열처리하며, 차차선의 산화안정화로(1)에서는 300~350℃로 가열처리하고, 최후에 위치된 산화안정화로(1)에서는 305~400℃로 가열처리하여, 탄소섬유 원사(P)가 급격히 고온으로 가열되어 파손되는 것을 방지하면서 내염화 처리가 안정적으로 이루어진다.

이와 같이 산화안정화로(1)를 통해 내염화 된 내염화 섬유는 탄화로의 저온가열로(LTF)(6) 및 고온가열로(HTF)(7)를 순차적으로 주행하여 탄화되어 탄소섬유로 가열된 후, 사이징(Sizing)수단(8)을 통해 표면처리되고, 건조로(9)에서 건조된 후 별도의 권취수단(10)을 통해 별도의 롤에 감겨 보관 및 운반된다.

상기에서 탄화로는 내염화 섬유(P1)가 유입되는 입구(21)와 배출되는 출구(22)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 비활성가스가 공급되는 투입구(23) 및 배출되는 배출구(24)가 구비되고 상기 공간부에 내염화 섬유(P1)가 주행하는 이송롤러(25)들이 배치된 가열로로 이루어진다.

즉 내염화 섬유(P1)가 상기 가열로를 통과하는 중에 800~1200℃의 온도 분위기에서 순차적으로 가열되어 탄화됨으로써 탄소섬유(F)가 제조된다.

상기에서 비활성가스는 질소로 이루어지는 것이 가장 바람직하며, 공간부에서 내염화 섬유(P1)가 산화되어 연소되는 것을 방지한다.

이와 같이 탄화로를 구성하는 가열로는 800~900℃의 비교적 저온으로 내염화 섬유(P1)를 가열처리하여 1차 탄화시키는 저온가열로(LTF: Low Temperature Furnace)(6)와 1000~1200℃의 비교적 고온으로 가열처리하여 2차 탄화시키는 고온가열로(HTF: High Temperature Furnace)(7)로 이루어진다.

따라서 내염화 섬유(P1)가 상기 저온가열로와 고온가열로를 순차적으로 통과하면서 가열되어 탄화된다.

상기에서 저온가열로(6)는 도 3에서 도시된 바와 같이 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 기체(30)의 외주면에 전원을 공급받아 발열하는 코일(31)이 권취되어 이루어지며, 상기한 기체(30)의 내부에는 온도를 감지하는 온도감지센서(32)가 구비되어, 기체(30) 내부의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 연산하여 기체(30)의 내부를 설정된 온도로 유지하게 전원의 공급을 제어하도록 되어 있다.

즉 상기 기체(30)가 전원을 공급받아 가열되도록 되어 있어, 온도제어가 용이함에 따라 안정적으로 설정된 온도로 내염화 섬유(P1)를 가열할 수 있다.

상기에서 기체(30)는 가열되는 열(800~900℃)에 변형 및 손상되지 않는 재질로 이루어진다.

그리고 상기 기체(30)에서 배출되는 배기가스는 별도의 가스처리부(11)로 이송되어 여과된 후, 기체(30)의 내부로 재투입되거나 외부로 방출된다.

즉 배기가스에 의해 외부환경이 오염되는 것을 방지하고, 고온의 공기를 재투입함으로써 기체(30)의 내부 온도를 유지하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.

이와 같은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치에서 상기 고온가열로(7)는 도 4에서 도시된 바와 같이 저온가열로(6)에서 저온가열된 내염화 섬유(P1)가 주행하도록 된 이동롤러들의 사이 간격에 위치되며 비활성가스가 공급 및 배출되는 관(管) 형상의 통체(40)로 이루어지며, 상기 이동롤러는 상기 통체(40)의 입구(21)에 연이어 배치된 한 쌍의 롤러와 출구(22)에 위치된 롤러로 이루어지고, 상기 롤러들 중 중앙에 위치된 롤러에는 전원공급수단(41)을 통해 전원을 공급받아 롤러들을 통해 이동되는 내염화 섬유(P1)에서 자체 발열하여 가열되도록 되어 있으며, 상기한 롤러들 중 전원이 공급되는 롤러를 제외한 나머지 롤러들은 접지되어 있다.

따라서 상기 접지된 롤러들의 사이에 마련된 전도구간에서 저온가열로(6)를 통과한 탄소섬유가 전원공급수단(41)을 통해 전원을 공급받는 롤러와 접촉되어 전원을 공급받아 탄소섬유(F)가 가지는 자체 저항에 의해 전기적인 발열을 함으로써, 자체적으로 고온가열처리된다.

즉 별도의 가열수단이 필요없이 자체적인 전기저항 열에 의해 가열됨에 따라 가열효율이 높아 인가되는 에너지의 소모가 기존에 비하여 현저히 줄어들고 가열시간이 현저히 단축된다.

그리고 상기한 통체(40)에서 배출되는 배기가스는 별도의 가스처리부(11)로 이송되어 여과된 후, 통체(40)의 내부로 재투입되거나 외부로 방출된다.

즉 배기가스에 의해 외부환경이 오염되는 것을 방지하고, 고온의 공기를 재투입함으로써 통체(40)의 내부 온도를 유지하기 위한 에너지를 절약할 수 있다.

또한 통체(40)에는 내부온도를 감지하는 온도센서(S)가 구비되어 온도를 감지하여 상기 전원공급수단(41)을 콘트롤러를 통해 제어하여 제어된 전원을 인가함으로써 항상 일정한 온도를 유지하도록 되어 있다.

이와 같이 산화안정화로(1)를 통해 내염화 된 내염화 섬유(P1)는 탄화로의 저온가열로(LTF)(6) 및 고온가열로(HTF)(7)를 순차적으로 주행하여 탄화되어 탄소섬유(F)로 가열된 후, 사이징(Sizing)수단(8)을 통해 표면처리되고, 건조로(9)에서 건조된 후 별도의 권취수단(10)을 통해 별도의 롤에 감겨 보관 및 운반된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 탄소섬유 가공장치는 탄소섬유 원사가 산화안정화로의 내부를 주행하면서 산화되어 내염화 처리될 때 탄소섬유 원사를 구성하는 다수의 섬유 가닥들 중 중심에 위치된 섬유 가닥은 외측에 위치된 타 섬유가닥에 의해 공기의 유통이 막히어 산화되지 못하는 문제점이 있었다.

이에 따라, 고온으로 가열된 공기를 투입하여 중앙에 위치된 섬유가닥을 산화시킬 때에는 외측에 위치된 섬유가닥들이 과도하게 산화되어 단락이 되는 등의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

그리고, 탄소섬유 원사를 산화안정화로의 내부에서 주행하는 속도를 조절하여 느리게 진행함으로써, 중앙에 위치된 섬유가닥들이 충분히 산화되도록 할 경우에는 내염화처리 시간이 길어져 생산성이 떨어짐으로써 비 경제적인 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소섬유 원사들을 산화시켜 내염화 처리할 때, 다수의 섬유가닥들의 결합으로 이루어진 탄소섬유 원사의 내부로 가열된 공기가 고르게 침투하여 원사의 내부에 위치된 섬유 가닥들을 균일하게 열처리하여, 빠른시간에 고품질의 내염화 작업을 경제적으로 수행할 수 있도록 된 탄소섬유 가공장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 탄소섬유 가공장치는 탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로를 가지는 탄소섬유 가공장치에 있어; 상기 산화안정화로는, 탄소섬유 원사가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며, 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비된 가열로로 이루어지며; 상기 투입구는 상기 공간부에 구비되며 다수의 분사노즐이 탄소섬유 원사가 진행하는 방향으로 배열된 분사관과 연결되어 가열된 공기가 다수의 섬유가닥들의 결합으로 이루어진 탄소섬유 원사의 내부로 고르게 침투하여 균일하게 열처리하도록 된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 입구와 출구에는 불활성 가스가 분사되어 공기커튼을 형성하는 공기분사수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 공기분사수단에서 분사되는 불활성 가스는 질소가스로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 분사관은 가열된 공기가 공급되는 하나의 관에서 다수개로 분할된 제1분기관들을 통해 분기된 공기를 분사관의 내부에서 고르게 공급받아 분사노즐을 통해 고른 공기 분사압력으로 분사할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 제1분기관은 상기 제1분기관들의 각각에서 다수 개로 분기된 제2분기관을 통해 상기 분사관의 내부로 가열된 공기를 고른 공기 분사압력으로 공급할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 분사관으로 공급되는 가열된 공기에는 오존가스가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 분사노즐은 상기 분사관에 고정되는 고정관과, 상기 고정관에 고정되면 다수의 통기공이 형성된 노즐디스크로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 노즐디스크에 형성된 통기공은 중앙을 중심으로 동심원 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 통기공들은 공기가 투입되는 유입구에서 배출되는 토출구로 갈수록 경사진 형태로 구비되어 공기가 와류형태로 분사되도록 된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 분사관은 상기 가열로의 내부에서 상기 탄소섬유원사가 위치된 중앙을 중심으로 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 분사관은 도우넛(donut) 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 분사관은 일측부가 개방되어 분사노즐을 통해 분사된 가열된 공기가 배출되는 배출구로 빠져나가도록 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 탄소섬유 가공장치는 탄소섬유 원사를 내염화 처리할 때, 탄소섬유 원사들이 주행하는 공간의 전 면적에 걸쳐 고른 공기압력을 가지는 가열된 공기를 분사하여 탄소섬유 원사를 구성하는 다수의 섬유 가닥들이 서로 분리되면서 풀어지도록 되어 있어, 풀어진 섬유 가닥들의 사이 공간으로 가열된 공기가 관통하면서 섬유 가닥들을 내염화 처리하기 때문에 중심에 위치된 섬유 가닥 및 외측에 위치된 섬유 가닥이 균일하게 산화 처리된다.

따라서, 탄소섬유 원사를 구성하는 섬유 가닥들을 균일하게 열처리함에 따라, 탄소섬유 원사의 이송속도를 빠르게 하여도 고품질의 내염화 작업을 수행할 수 있어 생산성이 증대되어 경제적으로 작업을 수행할 수 있으며 불량을 현저히 감소하는 효과를 가진다.

도 1 및 도 4는 종래의 탄소섬유 가공장치를 개략적으로 보인 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 구조를 보인 개략 단면 예시도.
도 6은 본 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 양단의 구조를 보인 개략 단면 예시도.
도 7 및 도 8은 본 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로를 구성하는 분사노즐을 보인 개략 예시도.
도 9 및 도 11은 본 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로에서 내염화 처리되는 과정을 보인 개략 예시도.
도 12 및 도 13은 본 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 구성하는 산화안정화로의 다른 예를 보인 개략 측단면 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 탄소섬유 가공장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치를 보인 도면으로, 본 실시예의 탄소섬유 가공장치는 탄소섬유 원사(P)를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로(100)와, 상기 내염화 섬유(P1)를 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 얻는 탄화로를 가진다.

즉 탄소섬유 원사(P)를 상기 산화안정화로(100)의 산화 분위기에서 200~400℃로 내염화 처리를 하여 내염화 섬유(P1)를 얻고, 상기 내염화 섬유(P1)를 탄화로의 불활성가스 분위기에서 800~1200℃로 가열하여 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 제조한다.

이와 같은 본 실시예의 탄소섬유 가공장치에서 상기한 산화안정화로(100)는 탄소섬유 원사(P)가 유입되는 입구(101)와 배출되는 출구(102)가 구비된 공간부를 가지며 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구(103) 및 배출되는 배출구(104)가 구비되고, 상기 공간부에서 탄소섬유 원사(P)가 주행하도록 안내하는 다수의 안내롤러(105)들이 배치된 가열로(106)로 이루어진다.

따라서, 입구(101)를 통해 유입된 탄소섬유 원사(P)는 안내롤러(105)들에 의해 공간부의 주행로를 거치면서 산화되어 내염화 처리되면서 출구(102)로 배출된다.

이때 상기 투입구(103)를 통해 가열된 공기가 분사되어 공간부를 주행하는 탄소섬유 원사(P)를 내염화 처리한다.

상기에서 가열된 공기에는 오존이온 및 산소가 함유되어 공급되는 것이 바람직하다.

상기에서 산화안정화로(100)는 다수 개가 수평상 혹은 수직상으로 배열되어, 각각의 산화안정화로(100)를 통해 탄소섬유 원사(P)가 200~400℃로 순차적인 가열되어 내염화 처리된다.

즉 최선단의 산화안정화로(100)에서는 200~250℃로 가열처리하고, 차선의 산화안정화로(100)에서는 250~300℃로 가열처리하며, 차차선의 산화안정화로(100)에서는 300~350℃로 가열처리하고, 최후에 위치된 산화안정화로(100)에서는 305~400℃로 가열처리하여, 탄소섬유 원사(P)가 급격히 고온으로 가열되어 파손되는 것을 방지하면서 내염화 처리가 안정적으로 이루어진다.

또한, 상기한 산소안정화로는 상기 가열로들이 다수 개가 병렬로 연결되어 다수의 탄소섬유 원사가 각각의 산소안정화로를 주행하면서 내염화 처리되어 권취롤에 감긴 다수의 탄소섬유 원사들을 원활하게 내염화 처리할 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 실시예의 탄소섬유 가공장치에서 산화안정화로(100)를 통해 얻어진 내염화 섬유(P1)를 상술한 탄화로에서 탄화처리함으로써 탄소섬유(F)를 얻게 된다.

즉 내염화 섬유(P1)가 상기 탄화로를 통과하는 중에 800~1200℃의 온도 분위기에서 순차적으로 가열되어 탄화됨으로써 탄소섬유(F)가 제조된다.

상기와 같이 이루어진 본 실시예에 의한 탄소섬유 가공장치에서 상기한 산화안정화로(100)에서, 상기 투입구(103)는 상기 공간부에 구비되며 다수의 분사노즐(107)이 탄소섬유 원사(P)가 진행하는 방향으로 배열된 분사관(108)과 연결되어 가열된 공기가 다수의 섬유가닥들의 결합으로 이루어진 탄소섬유 원사(P)의 내부로 고르게 침투하여 균일하게 열처리하도록 구성된다.

즉, 상기 분사노즐(108)들을 통해 공간부를 주행하는 탄소섬유 원사(P)의 내부로 가열된 공기를 고르게 관통하도록 고른 공기압으로 분사하도록 함으로써, 공간부에 위치된 탄소섬유 원사(P)의 전 면적에 걸쳐 내부 및 외부를 고르게 내염화 처리하게 된다.

따라서, 탄소섬유 원사(P)를 구성하는 다수의 섬유 가닥들이 분사되는 가열된 공기압에 의해 도 9에서 도시된 바와 같이 서로 분리되면서 풀어지도록 되어 있어, 풀어진 섬유 가닥들의 사이 공간으로 가열된 공기가 관통하면서 섬유 가닥들을 내염화 처리하기 때문에 중심에 위치된 섬유 가닥 및 외측에 위치된 섬유 가닥이 균일하게 산화 처리된다.

즉, 탄소섬유 원사(P)를 구성하는 섬유 가닥들을 균일하게 열처리함에 따라, 탄소섬유 원사의 이송속도를 빠르게 하여도 고품질의 내염화 작업을 수행할 수 있어 생산성이 증대되어 경제적으로 작업을 수행할 수 있으며 불량을 현저히 감소하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 적용되는 산화안정화로에서 상기한 입구와 출구에는 도 6에서 도시된 바와 같이 불활성 가스가 분사되어 공기커튼을 형성하는 공기분사수단(111이 구비되며, 상기한 공기분사수단(111)에서 분사되는 불활성 가스는 질소가스로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따라, 외부의 공기가 가열로(106)의 내부로 유입되지 않도록 됨으로써, 내염화 처리작업이 안정되게 수행하게 된다.

그리고, 상기한 분사관(108)은 가열된 공기가 공급되는 하나의 관에서 다수개로 분할된 제1분기관(109)들을 통해 분기된 공기를 분사관(108)의 내부에서 고르게 공급받아 분사노즐(107)을 통해 고른 공기 분사압력으로 분사하도록 되어 있다.

따라서, 일측에서 유입되는 가열된 공기를 다수로 분기시켜 분사관(108)의 전면적에 걸쳐 고른 공기압을 유지하도록 되어 있어, 분사노즐(107)을 통해 분사되는 공기의 공기압을 균일하게 할 수 있다.

이에 따라, 탄소섬유 원사(P)의 전 면적에 걸쳐 균일한 공기압으로 내염화 처리할 수 있어, 내염화 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기한 제1분기관(109)은 상기 제1분기관(109)들의 각각에서 다수 개로 분기된 제2분기관(110)을 통해 상기 분사관(108)의 내부로 가열된 공기를 고른 공기 분사압력으로 공급할 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기한 분사관(108)으로 공급되는 가열된 공기에는 오존가스가 포함되어 있는 것이 바람직하며, 이 경우 탄소섬유 원사의 산화가 촉진되어 더 빠른 내염화처리가 이루어져 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기한 분사노즐(107)은 상기 분사관(108)에 고정되는 고정관(112)과, 상기 고정관(112)에 고정되면 다수의 통기공(113)이 형성된 노즐디스크(114)로 이루어지며, 상기 노즐디스크(114)에 형성된 통기공(113)은 중앙을 중심으로 동심원 형태로 배치된다.

따라서, 통기공(113)을 통해 분사되는 가열된 공기는 공간부상에서 탄소섬유 원사(P)측 방향으로 방사상의 형태로 분사되어 탄소섬유 원사(P)를 구성하는 섬유가닥들을 사방향으로 가압하여 용이하게 풀어지도록 되어 있다.

그리고, 상기한 통기공(113)들은 도 8에서 도시된 바와 같이 공기가 투입되는 유입구에서 배출되는 토출구로 갈수록 경사진 형태로 구비되어 공기가 와류형태로 분사되도록 구성된다.

따라서, 가열된 공기가 와류형태로 분사됨에 따라 탄소섬유 원사(P)를 구성하는 섬유가닥들을 사방향으로 가압하여 용이하게 풀어지도록 되어 있다.

또한, 도 12 및 도 13에서 도시된 바와 같이 상기한 분사관(108)은 상기 가열로(106)의 내부에서 상기 탄소섬유 원사(P)가 위치된 중앙을 중심으로 감싸는 형태로 구비되는 것이 바람직하며, 일측부가 개방되어 분사노즐(107)을 통해 분사된 가열된 공기가 배출되는 배출구(104)로 빠져나가도록 일측이 개방된 도우넛(donut) 형태로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

이에 따라, 가열된 공기가 도 13에서 도시된 바와 같이 탄소섬유 원사(P)를 향하여 전 방위에서 집중된 공기압으로 가열된 공기를 분사할 수 있어, 탄소섬유 원사(P)를 구성하는 섬유가닥들을 더 용이하게 풀어지도록 되어 있다.

상기와 같이 이루어진 본 실시예에 의한 산화안정화로(100)를 통과한 탄소섬유 원사(P)는 도 11에서 도시된 바와 같이 냉각과정을 걸쳐 냉각된 후 또 다른 산화안정화로(100)을 통해 재 차 내염화 처리하여 안정화시키게 된다.

즉, 각각의 가열공정들의 사이에 냉각단계를 거치도록 되어 있다.

상기의 냉각단계에서 탄소섬유 원사(P)의 냉각은 냉각수(수증기) 또는 냉각된 공기를 이용하여 처리하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명된 본 발명의 탄소섬유 가공장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다

11 : 입구 12 : 출구
13 : 투입구 14 : 배출구
15 : 안내롤러 21 : 입구
22 : 출구 23 : 투입구
24 : 배출구 30 : 기체
31 : 코일 32 : 온도감지센서
40 : 통체 41,42,43 : 롤러
44 : 전원공급수단 50 : 가스처리부
60 : 사이징수단 70 : 건조로
80 : 권취수단

Claims (12)

1. 탄소섬유 원사를 산화분위기에서 열처리함으로써 내염화 섬유를 얻는 산화안정화로를 가지는 탄소섬유 가공장치에 있어;
   상기 산화안정화로는,
   탄소섬유 원사가 유입되는 입구와 배출되는 출구가 구비된 공간부를 가지며, 상기 공간부에 가열된 공기가 공급되는 투입구 및 배출되는 배출구가 구비된 가열로로 이루어지며;
   상기 투입구는 상기 공간부에 구비되며 다수의 분사노즐이 탄소섬유 원사가 진행하는 방향으로 배열된 분사관과 연결되어 가열된 공기가 다수의 섬유가닥들의 결합으로 이루어진 탄소섬유 원사의 내부로 고르게 침투하여 균일하게 열처리하도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기한 입구와 출구에는 불활성 가스가 분사되어 공기커튼을 형성하는 공기분사수단이 구비된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
3. 제 2항에 있어서;
   상기한 공기분사수단에서 분사되는 불활성 가스는 질소가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
4. 제 1항에 있어서;
   상기한 분사관은 가열된 공기가 공급되는 하나의 관에서 다수개로 분할된 제1분기관들을 통해 분기된 공기를 분사관의 내부에서 고르게 공급받아 분사노즐을 통해 고른 공기 분사압력으로 분사할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
5. 제 4항에 있어서;
   상기한 제1분기관은 상기 제1분기관들의 각각에서 다수 개로 분기된 제2분기관을 통해 상기 분사관의 내부로 가열된 공기를 고른 공기 분사압력으로 공급할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
6. 제 1항에 있어서;
   상기한 분사관으로 공급되는 가열된 공기에는 오존가스가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
7. 제 1항에 있어서;
   상기한 분사노즐은 상기 분사관에 고정되는 고정관과, 상기 고정관에 고정되면 다수의 통기공이 형성된 노즐디스크로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
8. 제 7항에 있어서;
   상기한 노즐디스크에 형성된 통기공은 중앙을 중심으로 동심원 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
   
9. 제 8항에 있어서;
   상기한 통기공들은 공기가 투입되는 유입구에서 배출되는 토출구로 갈수록 경사진 형태로 구비되어 공기가 와류형태로 분사되도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
   
10. 제 1항에 있어서;
    상기한 분사관은 상기 가열로의 내부에서 상기 탄소섬유원사가 위치된 중앙을 중심으로 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
    
11. 제 10항에 있어서;
    상기한 분사관은 도우넛 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.
    
12. 제 10항에 있어서;
    상기한 분사관은 일측부가 개방되어 분사노즐을 통해 분사된 가열된 공기가 배출되는 배출구로 빠져나가도록 된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 가공장치.

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